ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА

Волоконные лазеры

Перечислим преимущества волоконно-оптических лазеров по сравнению с традиционными:

- обладают высокой стабильностью и надежностью;

- обеспечивают высокое качество выходного излучения;

- обеспечивают эффективный теплоотвод;

- имеют малые габариты и массу.

Конструкция волоконного лазера на основе активного волоконного световода приведе­на на рис. 5.17. Он содержит узел накачки с волоконным выходом Ю (как правило, мощ­ный лазер); активный одномодовый волоконный световод с диаметром сердцевины </с = 10...30 мкм; внутриволоконные решетки показателя преломления, выполняющие функ­ции зеркал лазера.

Благодаря полностью волоконной конструкции такие лазеры обладают низкими оптиче­скими потерями. Типичная длина активного волоконного световода составляет 5...50 м. Левая входная брегговская решетка имеет коэффициент отражения на длине волны генера­ции, близкий к 100%, а коэффициент отражения правой выходной решетки существенно ниже (примерно 5 %) и определяется величиной усиления и оптических потерь излучения в активном волноводе. Брегговские решетки могут быть созданы как непосредственно в ак­тивном световоде, так и в отрезке фоточувствительного световода, который сваривается с активным.

Активный волоконный световод

Внутриволоконные решетки показателя преломления

Рис. 5.17. Конструкция волоконного лазера

Изготовление решеток показателя преломления основано на явлении фоточувствитель­ности. Это явление заключается в изменении показателя преломления сердцевины светово­да под действием УФ-излучения определенных длин волн. Как правило, волоконные брег - говские решетки показателя преломления представляют собой отрезок волоконного свето­вода с модуляцией показателя преломления в световедущей области с периодом порядка половины длины распространяющегося излучения.

В качестве активных легирующих добавок волоконных световодов найдены ионы лан­таноидов или редких земель. Для создания эффективных волоконных лазеров средней и вы­сокой мощности особый интерес представляет активное волокно, легированное ионами Уь.

В схеме уровней итербиевого лазера УА3+, кроме основного уровня Р7/2, существует един­ственный возбужденный уровень Р5/2. Отсутствие других энергетических уровней вплоть до ультрафиолетового диапазона означает, что в данной системе в области длин волн, близких к длине волны генерации, не будет иметь место поглощение из возбужденного состояния и различные кооперативные явления. Это приводит к высоким значениям кпд лазеров и по­зволяет существенно увеличить концентрацию активной примеси по сравнению с такими распространенными легирующими добавками, как неодим и эрбий.

Использование световодов с высокой концентрацией активной примеси позволяет умень­шить длину активной среды лазера, а, значит, и уменьшить отрицательное влияние различных нелинейных эффектов и дополнительных оптических потерь на эффективность лазера.